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Raw Blame History

macOS通用二进制文件和Mach-O格式

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基本信息

Mac OS二进制文件通常被编译为通用二进制文件。通用二进制文件可以在同一个文件中支持多个架构。

这些二进制文件遵循Mach-O结构，基本上由以下部分组成：

头部（Header）
载入命令（Load Commands）
数据（Data）

Fat Header

使用以下命令搜索文件：mdfind fat.h | grep -i mach-o | grep -E "fat.h$"

#define FAT_MAGIC	0xcafebabe
#define FAT_CIGAM	0xbebafeca	/* NXSwapLong(FAT_MAGIC) */

struct fat_header {
	uint32_t	magic;		/* FAT_MAGIC or FAT_MAGIC_64 */
	uint32_t	nfat_arch;	/* 后面跟随的结构体数量 */
};

struct fat_arch {
cpu_type_t	cputype;	/* CPU类型（int） */
cpu_subtype_t	cpusubtype;	/* 机器类型（int） */
uint32_t	offset;		/* 该目标文件的文件偏移量 */
uint32_t	size;		/* 该目标文件的大小 */
uint32_t	align;		/* 2的幂次方对齐 */
};

头部包含魔数（magic）字节，后面是文件包含的架构数量（nfat_arch），每个架构都有一个fat_arch结构体。

使用以下命令进行检查：

% file /bin/ls
/bin/ls: Mach-O universal binary with 2 architectures: [x86_64:Mach-O 64-bit executable x86_64] [arm64e:Mach-O 64-bit executable arm64e]
/bin/ls (for architecture x86_64):	Mach-O 64-bit executable x86_64
/bin/ls (for architecture arm64e):	Mach-O 64-bit executable arm64e

% otool -f -v /bin/ls
Fat headers
fat_magic FAT_MAGIC
nfat_arch 2
architecture x86_64
    cputype CPU_TYPE_X86_64
cpusubtype CPU_SUBTYPE_X86_64_ALL
capabilities 0x0
    offset 16384
    size 72896
    align 2^14 (16384)
architecture arm64e
    cputype CPU_TYPE_ARM64
cpusubtype CPU_SUBTYPE_ARM64E
capabilities PTR_AUTH_VERSION USERSPACE 0
    offset 98304
    size 88816
    align 2^14 (16384)

或者使用Mach-O View工具：

正如你可能想到的，通常编译为2个架构的通用二进制文件会使文件大小增加一倍，而只编译为1个架构的文件则不会。

Mach-O Header

头部包含有关文件的基本信息，例如用于将其识别为Mach-O文件的魔数字节以及有关目标架构的信息。你可以在以下位置找到它：mdfind loader.h | grep -i mach-o | grep -E "loader.h$"

#define	MH_MAGIC	0xfeedface	/* the mach magic number */
#define MH_CIGAM	0xcefaedfe	/* NXSwapInt(MH_MAGIC) */
struct mach_header {
uint32_t	magic;		/* mach magic number identifier */
cpu_type_t	cputype;	/* cpu specifier (e.g. I386) */
cpu_subtype_t	cpusubtype;	/* machine specifier */
uint32_t	filetype;	/* type of file (usage and alignment for the file) */
uint32_t	ncmds;		/* number of load commands */
uint32_t	sizeofcmds;	/* the size of all the load commands */
uint32_t	flags;		/* flags */
};

#define MH_MAGIC_64 0xfeedfacf /* the 64-bit mach magic number */
#define MH_CIGAM_64 0xcffaedfe /* NXSwapInt(MH_MAGIC_64) */
struct mach_header_64 {
uint32_t	magic;		/* mach magic number identifier */
int32_t		cputype;	/* cpu specifier */
int32_t		cpusubtype;	/* machine specifier */
uint32_t	filetype;	/* type of file */
uint32_t	ncmds;		/* number of load commands */
uint32_t	sizeofcmds;	/* the size of all the load commands */
uint32_t	flags;		/* flags */
uint32_t	reserved;	/* reserved */
};

文件类型：

MH_EXECUTE (0x2)：标准的 Mach-O 可执行文件
MH_DYLIB (0x6)：Mach-O 动态链接库（即 .dylib）
MH_BUNDLE (0x8)：Mach-O bundle（即 .bundle）

# Checking the mac header of a binary
otool -arch arm64e -hv /bin/ls
Mach header
magic  cputype cpusubtype  caps    filetype ncmds sizeofcmds      flags
MH_MAGIC_64    ARM64          E USR00     EXECUTE    19       1728   NOUNDEFS DYLDLINK TWOLEVEL PIE

或者使用Mach-O View：

Mach-O 加载命令

这指定了文件在内存中的布局。它包含了符号表的位置，执行开始时的主线程上下文，以及所需的共享库。
这些命令基本上指示动态加载器**(dyld)如何将二进制文件加载到内存中**。

加载命令都以load_command结构开始，该结构在之前提到的**loader.h**中定义：

struct load_command {
uint32_t cmd;           /* type of load command */
uint32_t cmdsize;       /* total size of command in bytes */
};

大约有50种不同类型的加载命令，系统会以不同方式处理它们。最常见的类型有：LC_SEGMENT_64、LC_LOAD_DYLINKER、LC_MAIN、LC_LOAD_DYLIB和LC_CODE_SIGNATURE。

LC_SEGMENT/LC_SEGMENT_64

{% hint style="success" %} 基本上，这种类型的加载命令定义了在执行二进制文件时，根据数据部分中指示的偏移量，如何加载__TEXT（可执行代码）和__DATA（进程数据）段。 {% endhint %}

这些命令定义了在执行过程中映射到进程的虚拟内存空间中的段。

有不同类型的段，例如**__TEXT段，它保存程序的可执行代码，以及__DATA**段，它包含进程使用的数据。这些段位于Mach-O文件的数据部分中。

每个段可以进一步划分为多个区块。加载命令结构包含有关各个段内部的这些区块的信息。

在头部中首先找到段头：

struct segment_command_64 { /* for 64-bit architectures */
uint32_t	cmd;		/* LC_SEGMENT_64 */
uint32_t	cmdsize;	/* includes sizeof section_64 structs */
char		segname[16];	/* segment name */
uint64_t	vmaddr;		/* memory address of this segment */
uint64_t	vmsize;		/* memory size of this segment */
uint64_t	fileoff;	/* file offset of this segment */
uint64_t	filesize;	/* amount to map from the file */
int32_t		maxprot;	/* maximum VM protection */
int32_t		initprot;	/* initial VM protection */
	uint32_t	nsects;		/* number of sections in segment */
	uint32_t	flags;		/* flags */
};

段头的示例：

此头部定义了在其后出现的区块头的数量：

struct section_64 { /* for 64-bit architectures */
char		sectname[16];	/* name of this section */
char		segname[16];	/* segment this section goes in */
uint64_t	addr;		/* memory address of this section */
uint64_t	size;		/* size in bytes of this section */
uint32_t	offset;		/* file offset of this section */
uint32_t	align;		/* section alignment (power of 2) */
uint32_t	reloff;		/* file offset of relocation entries */
uint32_t	nreloc;		/* number of relocation entries */
uint32_t	flags;		/* flags (section type and attributes)*/
uint32_t	reserved1;	/* reserved (for offset or index) */
uint32_t	reserved2;	/* reserved (for count or sizeof) */
uint32_t	reserved3;	/* reserved */
};

示例的章节标题：

如果你添加了章节偏移量（0x37DC）+ arch开始的偏移量，在这个例子中是0x18000 --> 0x37DC + 0x18000 = 0x1B7DC

也可以通过命令行获取头部信息：

otool -lv /bin/ls

这个命令加载的常见段：

__PAGEZERO：它指示内核将地址零映射到不能读取、写入或执行的位置。结构中的maxprot和minprot变量设置为零，表示该页面上没有读写执行权限。
这个分配对于减轻空指针解引用漏洞非常重要。
__TEXT：包含具有可读和可执行权限（不可写）的可执行代码。该段的常见部分有：
__text：编译的二进制代码
__const：常量数据
__cstring：字符串常量
__stubs和__stubs_helper：在动态库加载过程中使用
__DATA：包含可读和可写的数据（不可执行）。
__data：全局变量（已初始化）
__bss：静态变量（未初始化）
__objc_*（__objc_classlist，__objc_protolist等）：Objective-C运行时使用的信息
**__LINKEDIT：**包含链接器（dyld）的信息，如“符号、字符串和重定位表项”。
**__OBJC：**包含Objective-C运行时使用的信息。尽管这些信息也可能在__DATA段中的各个__objc_*部分中找到。

`LC_MAIN`

包含entryoff属性中的入口点。在加载时，dyld只需将此值添加到（内存中的）二进制文件的基址，然后跳转到此指令以开始执行二进制代码。

LC_CODE_SIGNATURE

包含有关Macho-O文件的代码签名的信息。它只包含一个指向签名块的偏移量。这通常位于文件的末尾。
但是，您可以在此博客文章和这个gists中找到有关此部分的一些信息。

LC_LOAD_DYLINKER

包含动态链接器可执行文件的路径，该文件将共享库映射到进程地址空间。值始终设置为/usr/lib/dyld。重要的是要注意，在macOS中，dylib映射发生在用户模式而不是内核模式中。

`LC_LOAD_DYLIB`

此加载命令描述了一个动态库依赖项，它指示加载器（dyld）加载和链接所需的库。Mach-O二进制文件所需的每个库都有一个LC_LOAD_DYLIB加载命令。

此加载命令是**dylib_command**类型的结构（其中包含描述实际依赖动态库的struct dylib）：

struct dylib_command {
uint32_t        cmd;            /* LC_LOAD_{,WEAK_}DYLIB */
uint32_t        cmdsize;        /* includes pathname string */
struct dylib    dylib;          /* the library identification */
};

struct dylib {
union lc_str  name;                 /* library's path name */
uint32_t timestamp;                 /* library's build time stamp */
uint32_t current_version;           /* library's current version number */
uint32_t compatibility_version;     /* library's compatibility vers number*/
};

您也可以使用命令行界面获取此信息：

otool -L /bin/ls
/bin/ls:
/usr/lib/libutil.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0)
/usr/lib/libncurses.5.4.dylib (compatibility version 5.4.0, current version 5.4.0)
/usr/lib/libSystem.B.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 1319.0.0)

一些潜在的与恶意软件相关的库包括：

DiskArbitration：监控USB驱动器
AVFoundation：捕获音频和视频
CoreWLAN：Wifi扫描。

{% hint style="info" %} Mach-O二进制文件可以包含一个或多个构造函数，这些函数将在LC_MAIN指定的地址之前执行。任何构造函数的偏移量都保存在**__DATA_CONST段的__mod_init_func**部分中。 {% endhint %}

Mach-O数据

文件的核心是最后一个区域，即数据区域，它由加载命令区域中的多个段组成。每个段可以包含多个数据段。每个数据段都包含一种特定类型的代码或数据。

{% hint style="success" %} 数据基本上是包含由加载命令LC_SEGMENTS_64加载的所有信息的部分。 {% endhint %}

这包括：

函数表：保存有关程序函数的信息。
符号表：包含二进制文件使用的外部函数的信息
它还可以包含内部函数、变量名等等。

您可以使用Mach-O View工具来检查：

或者使用命令行：

size -m /bin/ls

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